DE2208511A1

DE2208511A1 - Schiffsantriebsanlage mit einem vom hauptantriebsmotor angetriebenen ueberlagerungsgetriebe zum konstant-antrieb eines generators

Info

Publication number: DE2208511A1
Application number: DE19722208511
Authority: DE
Inventors: G T K Campbell; Heinz M Hiersig
Original assignee: Mannesmann Meer AG
Current assignee: Mannesmann Meer AG
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1972-02-18
Publication date: 1973-08-23
Also published as: GB1383266A; DE2208511C3; DE2208511B2; SU603327A3

Description

Patentanwälte

Dipl.-lng. W. Meissner Dipl.-lng. H. Tischer
Dipi.-lRg. P. E. i.i ::sner

D₁PUn₂. H,j.r,,a,.ig 2208511

1 Beilin 33 (Grunewald), Herbertstraße 22

Fall PA 261

1Q. Februar 1972

LOHMANN & STOLTERFOHT,AG, WITTEN

"Schiffsantriebsaniage mit einem vom Hauptantriebsmotor angetriebenen Überlagerungsgetriebe zum Konstant-Antrieb eines Generators"

Die Erfindung betrifft eine Schiffsantriebsaniage mit einem Hauptantriebsmotor, der über ein Hauptgetriebe und Kupplungen ck> Propellerwelle und über eine zweite Abtriebswelle des Hauptgetriebes ein Überlagerungsgetriebe zum Konstar.i-Antrieb eines Generators treibt und mit einem Hilfsaritriebsmotor, der über Getrieberäder und Kupplungen mit der Propellerwelle verbindbar ist.

Die Stromversorgung von Schiffen erfolgt in •-'unehrneridern Maße durch Drehscrorn. Dies bedingt, daß die Drehstrom-Generatoren mit konstanter Drehzahl angetrieben werden, damit sich die Netzfrequenz nicht ändert. Hierfür werden allgemein Dieselaggregate ein gesetzt, die mit der entsprechenden konstanten Drehzah! betrieben werden.

Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit sowie zur Verringerung dar Wartungs- und Reparaturkosten der Diesel aggregate wird immer häufiger während der Marschfahrt der Strom durch Generatoren erzeugt, die vom Hauptantriebsmotor angetrieben werden.

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Bei Drehstromnetz und Festpropeller gibt.es jedoch Schwierigkeiten, da der Festpropeller je nach Fahrgeschwindigkeit verschiedene Drehzahlen, der Drehstrom-Generator jedoch eine konstante Drehzahl benötigt. Hier muß durch Zwischenschalten eines sogenannten Constant-Speed-Getriebes für konstante Drehzahlen gesorgt werden. Die Erfindung geht von diesen bekannten Anordnungen und Maßnahmen aus und berücksichtigt weiterhin, daß beispielsweise durch die DTAS 1 099 887 bekannt ist, einen Parallel antrieb vorzusehen, der bei Bedarf, insbesondere zur Schleichfahrt, mit der Propellerwelle, verbunden werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schiffsantriebsanlge zu schaffen, bei der bei Marschfahrt der Generator mit konstanter Geschwindigkeit vom Hauptantriebsmotor angetrieben ist, bei der am Liegeplatz der Generator mit dem Hilfsantriebsmotor gekuppelt werden kann und die es ermöglicht, bei einem Ausfall des Hauptantriebsmotors der» Hilfsantriebsmotor zum Antrieb der Propellerwelle heranzuziehen, um wenigstens mit Schleichfahrt den nächsten Hafen erreichen oder die Reparaturzeit überbrücken zu können. Diese Aufgaben sollen mit einem möglichst geringen Bauaufwand gelöst werden, wobei die Lösung eine Automatisierung der Umschaltvorgänge zwischen den möglichen Betriebsbereichen begünstigen soll.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß zwischen dem Hauptantriebsmotor und dem Hauptgetriebe eine erste Schaltkupplung sowie zwischen dem Hauptgetriebe und dem Überlagerungsgetriebe eine zweite Schaltkupplung vorgesehen und der Hilfsmotor über eine dritte Schaltkupplung an das Überlagerungsgetriebe angeschlossen ist, daß die dem Hilfsantriebsmotor zugeordnete zweite Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes über Getrieberäder und eine erste schaltbare Kupplung mit der dem Hauptgetriebe zugeordneten ersten Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes unmittelbar verbindbar und der den Generator treibende Uberlagerungszweig des Überlagerungsgetriebes an die dem Hauptgetriebe zugeordnete erste Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes angeschlossen ist.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die dem Hilfsantriebsmotor zugeordnete Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes über eine zweite schaltbare Kupplung und Getrieberäder unmittelbar mit der den Generator treibenden Antriebswelle des Überlagerungsgetriebes verbindbar ist.

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Durch die Erfindung und ihre erste Ausgestaltung wird erreicht, daß die an die Schiff santriebsanl age eingangs gestellten Forderungen erfüllt werden können. Die Ausbildung des Überlagerungsgetriebes als schaltbares Mehrwegegetriebe, bei dem die dem Hauptgetriebe zugeordnete Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes gleichzeitig Abtriebswelle des Überlagerungsgetriebes für den Fall des Antriebes der Propellerwelle über den Hilfsantriebsmotor sein kann. Es wird so eine besondere Verbindung des Hilfsantriebsmotors rhit der Propellerwelle ggf. ein weiteres Getriebe eingespart. Im übrigen liegen zwei baulich getrennte Getriebeeinheiten vor, wovon das Hauptbetriebe entsprechend seinen Erfordernissen ausgelegt und beliebig gestaltet sein kann, wobei es nur darauf ankommt, deß dieses neben der Antriebswelle für die Propellerwelle noch eine Abtriebswelle zum Antrieb von Hilfseinrichtungen, hier des Überlagerungsgetriebes besitzt. Das Überlagerungsgetriebe selbst mit seinen verschiedenen Zweigen kann unabhängig von der Größe und der Leistung des Hauptgetriebes auf die Leistung des Hilfsantriebsmotors bzw. die erforderliche Leistung des Generators ausgelegt werden.

Eine vorteilhafte Ausführung des Überlagerungsgetriebes der Schiffsantriebsanlage zeichnet üich dadurch aus, daß die dem Hauptgetriebe zugeordnete Eingangswelle mit dem Hohlrad eines Planetengetriebes und dessen Sonnenrad über Getrieberäder mit der den Generator treibenden Abtriebswelle sowie mit der Antriebswelle einer hydrostatischen Pumpe verbunden ist und daß ein von einem Drehzahlgeber geregelter, von der hydrostatischen Pumpe gespeister Hydromotor über Getrieberäder mit dem Steg des Planetengetriebes verbunden ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß auf der dem Hilfsantriebsmotor zugeordneten Eingangswelle ein Ritzel angeordnet ist, das mit einem auf der der Hauptgetriebe zugeordneten Eingangswelle angeordneten mit dieser über die erste schaltbare Kupplung verbindbaren Gegenrad kämmt. Auf der dem Hilfsantriebsmotor zugeordneten Eingangswelle kann ein Zahnrad angeordnet und über die dritte schaltbare Kupplung mit dieser Eingangswelle verbunden sein, wobei das Zahnrad ein Gegenrad und über dieses und weitere Getrieberäder mit einem Zahnrad der Abtriebswelle verbunden ist.

Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß bei einem Ausfall des Hauptantriebsmotors die Propellerwelle vom Hilfsantriebsmotor angetrieben ist, wobei die dritte Schaltkupplung zwischen dem Hilfsantriebsmotor und dem Überlagerungsgetriebe, die erste schaltbare Kupplung auf der dem Hauptgetriebe zugeordneten Eingangswelle

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des Überlagerungsgetriebes und die zweite Schaltkupplung zwischen dem Hauptgetriebe und dem Überlagerungsgetriebe eingeschaltet und alle übrigen Schaltkupplungen bzw. schaltbaren Kupplungen ausgeschaltet sind.

In den Abbildungen ist die Erfindung an Beispielen erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine Schiffsantriebsanlage mit einem Hauptantriebsmotor und einem Hilfsantriebsmotor, einem Hauptgetriebe und einem Überlagerungsgetriebe

Figur 2 Einzelheiten des Überlagerungsgetriebes

Die Schiffsantriebsanlage besteht gemäß Figur 1 aus einem Hauptantriebsmotor 1, der über eine erste Schaltkupplung 2 mit einem Hauptgetriebe 3 verbunden ist. Der Hauptantriebsmotor 1 treibt über das Hauptgetriebe eine Propellerwelle 4. Das Hauptgetriebe weist eine zweite Abtriebswel Ie 5 auf, die über eine zweite Schaltkupplung mit der ersten Eingangswelle 7 eines Überlagerungsgetriebes 8 verbunden ist. Das Überlagerungsgetriebe 8 weist eine zweite Eingangswelle 9 auf, die über eine dritte Schaltkupplung 10 mit einem Hilfsdieselmotor 11 Verbindung hat. Die Abtriebswelle 13 des Überlagerungsgetriebes 8 ist verbunden mit der Welle eines Generators 12.

Einzelheiten des Überlagerungsgetriebes 8, in dem im wesentlichen die Mittel zur Durchführung der Erfindung enthalten sind, zeigt die Figur 2. Die Teile des Überlagerungsgetriebes 8 sind in einem geschlossenen Gehäuse 38, welches gestrichelt angedeutet ist, untergebracht. Das Überlagerungsgetriebe 8 hat einmal die an das Hauptgetriebe 3 über die zweite Schaltkupplung 6 angeschlossene erste Eingangswelle 7, die das Hohlrad 19 eines Planetengetriebes treibt, dessen Sonnenrad über Getrieberäder 27, 28, 29, 30, 31 und 32 mit der dem Generator 12 zugeordneten Abtriebswelle 13 verbunden ist. Gleichzeitig treibt die die Getrieberäder 30 und 31 tragende Welle 39 eine hydrostatische Pumpe 23, die über Leitungen 37 mit einem Hydromotor 24 in Verbindung steht und diesen speist. Der Hydromotor 24 wird bezüglich seiner Dreh·- richtung und seiner Drehzahl von einem Drehzahlgeber 42 gesteuert und treibt über ein auf seiner Welle 40 angeordnetes Getrieberad 33 und weitere Getrieberäder 34, 35 und 36, den die Planetenräder 20 des Planetengetriebes tragenden Steg 21. Zur Fixierung der Null-Lage des Hydromotors 24. d.h. des Betriebspunktes, in dem sich der Hydromotor 24 nicht dreht ist am Ende der Welle 40 eine hydraulisch gelüftete federbelastete Bremse 41 vorgesehen. Die Bremse 41 ist notwendig, um bei fehlendem Druck im Hydrauliksystem, z.b. beim Anlassen'oder Abstellen das erforderliche

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Stützdrehmoment aufzubringen. Wenn dieses Stützdrehmoment fehlt, bleibt der Antrieb stehen und der Hydromotor wird überdreht und zerstört. Die Drehzahl des Hydromotors 24 wird in dem Planetengetriebe der Eingangsdrehzahl der ersten Eingangswelle 7 überlagert, wodurch schließlich erreicht wird, daß die Abtriebswelle 13 mit konianter Drehzahl dreht.

Neben dem eben geschilderten Überlagerungszweig ist in dem Überlagerungsgetriebe ein weiterer Getriebezweig vorgesehen, und zwar eine Verbindung der ersten Eingangswelle 7 über die erste schaltbare Kupplung 16, das Gegenrsd 15₅ ein Ritzel 14, die Welle 9 und die dritte Schaltkupplung 10 zum Hilfsantriebsmotor 11. Vom Hilfsantriebsmotor 11 über die dritte Schaltkupplung 10 und die Weiie 9 führt ein. weiterer Getriebezweig über die zweite schaltbare Kupplung 18, die Getrieberäder 25, 26, die Welle 42 und die Getrieberäder 27, 28, 29, 30, 31 und 32 zur Abtriebswelle 13, die den Generator 12 treibt.

Nicht dargestellt in den Figuren 1 und 2 sind die Steuereinrichtungen zum Betätigen der Schaltkupplungen 2, 6, 10 und der schaltbaren Kupplungen 16 und 18, die zwar unabhängig voneinander schaltbar sind, wobei aber die Betätigungsimpuise für die einzelnen Betriebsbereiche nach einem bestimmten Fahrplan automatisch ablaufen, aber auch von Hand ausgelöst werden können. Die Betätigungen sind auf die nachfolgenden Funktionsabläufe bestimmt. Bei Marschfahrt arbeitet die Schiffsantriebsanlage wie folgt:

Der Hauptantriebsmotor 1 treibt über die erste Schaltkupplung 2 die eingeschaltet ist, das Hauptgetriebe 3 und über dieses die Propellerwelle 4. Die zweite Schaltkupplung 6 ist ebenfalls eingeschaltet und treibt die erste Eingangswelte 7 des Überlagerungsgetriebes 8. Der Hilfsantriebsmotor 11 steht still und die dritte Schaltkupplung 10 ist ausgeschaltet. Die dem Hauptgetriebe zugeordnete erste Eingangswelle 7 treibt das Hohlrad £0 des Planetengetriebes, wobei dessen Steg vorn Hydromotor 24 über die entsprechenden Getrieberäder angetrieben ist. Aus der Bewegung des Hohlrades 10 und des Steges 21 ergibt sich eine überlagerte Drehbewegung des Sonnenrades 22, die über die nachfolgenden Getrieberäder der Abtriebswell 13 zugeführt wird. Das Überlagerungsgetriebe ist dabei so ausgelegt, daß es die bei Marschbetrieb auftretenden üblichen Schwankungen der Drehzahl des Hauptantriebmotors 1, die in der Größenordnung um 10 bis 15 % liegen, auszugleichen vermag.

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Fällt die Drehzahl des Hauptantriebsmotors durch Manöver unter die vorgesehene Drehzahl des Überlagerungsbereiches ab, so wird die dritte Schaltkupplung 10 sofort zugeschaltet, die im Normalbetrieb mitlaufende erste schaltbare Kupplung 16 wird ausgeschaltet und die zweite schaltbare Kupplung 18 eingeschaltet. Hierdurch wird der Hilfsdieselmotor 11 hochgerissen und gestartet. IMach kurzer Zeit, etwa nach 5 bis 20 Sekunden kann der Hilfsdieselmotor 11 volle Leistung abgeben. Danach wird die zweite Schaltkupplung 6 getrennt. Nun treibt der Hilfsdieselmotor 11 über 10, 9, 18, 25, 26, 42 die Abtriebswelle 13 und den Generator 12 (-.-).

Erreicht der Hauptdieselmotor 1 wieder seine vorgesehene Drehzahl, so läuft der Schaltvorgang in umgekehrter Reihenfolge ab und der Hauptdieselmotor treibt wieder über das Überlagerungsgetriebe den Generator, der Hilfsdieselmotor 11 wird stillgesetzt (—).

Fällt der Hauptantriebsmotor 1 ganz aus, sow wird die erste Schaltkupplung 2 geöffnet. Gleichzeitig wird die erste schaltbare Kupplung 16 des Überlagerungsgetriebes eingeschaltet und die zweite schaltbare Kupplung 18 ausgeschaltet. Durch die erste Schaltkupplung 16 und den Zahnrädern 14, 15 wird die Propellerdrehzahl entsprechend der Propellerkennlinie an die zur Verfügung stehende Leistung des Hilfsantriebsdieselmotors 11 angepaßt. Nun kann über die dritte Schaltkupplung 10 der Hilfsdieselmotor 11 zugeschaltet werden, so daß das Schiff mit verminderter Geschwindigkeit (Schleichfahrt) weiterfahren kann ( ). Die Stromversorgung wird in diesem Falle von einem Notstromaggregat übernommen,

Liegt ein Schiff im Hafen, so wird der Generator 12 unmittelbar vom Hilfsantriebsmotor 11 angetrieben. In diesem Fall ist die dritte Schaltkupplung 10 zwischen dem Hilfsantriebsmotor und dem Überlagerungsgetriebe eingeschaltet. Ebenso eingeschaltet ist die zweite schaltbare Kupplung 18, die die zweite Eingangswelle 9 über ein Zahnrad 25 und weitere Getrieberäder 26, 27, 28, 29, 30, 31 und 32 mit der den Generator 12 treibenden Abtriebswelle 13 verbindet. Es ist nicht erforderlich, in diesen Weg ein Überlagerungsgetriebe einzuschalten, weil der hilfsantriebsmotor nur

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den Generator zu treiben und nicht, wie der Hauptaiitriebsmotor 1 bei Marschfahrt den veränderten Verhältnissen aus dem Fahrbetrieb sich anzupassen hat.

- Patentansprüche -

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Claims

FALL PA 261 PATENTANSPRÜCHE

1. Sfchiffsantriebsanlage mit einem Hauptantriebsmotor, der über ein Hauptgetriebe ^-^und Kupplungen die Propellerwelle und über eine zweite Abtriebswelle des Hauptgetriebes ein Überlagerungsgetriebe zum Konstant-Antrieb eines Generators treibt und mit einem Hilfsantriebsmotor, der über Getrieberäder und Kupplungen mit der Propellerwelle verbindbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Hauptantriebsmotor (1) und dem Hauptgetriebe (3) eine erste Schaltkupplung (2), sowie zwischen dem Hauptgetriebe (3) und dem Überlagerungsgetriebe (8) einezweite Schaltkupplung (6) vorgesehen und der Hilfsantriebsmotor (11) über eine dritte Schaltkupplung (10) an das Überlagerungsgetriebe (8) angeschlossen ist,

daß die dem Hilfsantriebsmotor (11) zugeordnete zweite Eingangswelle (9) des Überlagerungsgetriebes (8) über Getrieberäder (14,15) und eine erste schaltbare Kupplung (16) mit der dem Hauptgetriebe (3) zugeordneten ersten Eingangswelle (7) des Überlagerungsgetriebes (8) unmittelbar verbindbar und der den Generator (12) treibende Überlagerungszweig des Überlagerungsgetriebes (8) an die dem Hauptgetriebe (3) zugeordnete erste Eingangswelle (7) des Überlagerungsgetriebes (8) angeschlossen ist.

2. Schiffsantriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aie dem Hilfsantriebsmotor (11) zugeordnete Eingangswelle (9) des Überlagerungsgetriebes (8) über eine zweite schaltbare Kupplung (18) und Getrieberäder unmittelbar mit der den Generator (12) treibenden Abtriebswelle (13) des Überlagerungsgetriebes (8) verbindbar ist.

3. Überlagerungsgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dS die dem Hauptgetriebe (3) zugeordnete Eingangswelle (7) mit dem Hohlrad (19) eines Planetengetriebes (19, 20, 21, 22) und dessen Sonnenrad (22)

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über Getrieberäder (27, 28, 29-, 30, 31, 32) mit der den Generator (12) treibenden Abtriebswelle (13) sowie mit der Antriebswelle einer hydrostatischen Pumpe (23) verbunden ist und daß ein von einem Drehzahlgeber geregelter vonder hydrostatischen Pumpe (23) gespeister Hydromotor (24) über Getrieberäder (33, 34, 35, 36) mit dem Steg (-21) des Planetengetriebes verbunden ist.

4. Überlagerungsgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Hilfsantriebsmotor (11) zugeordneten Eingangswelle (19) ein Ritzel (14) angeordnet ist, das mit einem auf der der dem Hauptgetriebe (3) zugeordneten Eingangswelle (7) angeordneten mit dieser über die erste schaltbare Kupplung (16) verbindbaren Gegenrad (15) kämmt.

5. Überlagerungsgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daßauf der dem Hilfsantriebsmotor (11) zugeordneten Eingangswelle (9) ein Zahnrad (25) angeordnet und über die zweite schaltbare Kupplung (18) mit dieser Eingangswelle (9) verbindbar ist und daß das Zahnrad (25) ein Gegenrad (26) und über dieses und weitere Getrieberäder mit einem Zahnrad (32) der Abtriebswelle (13) verbunden ist.

6. Schiffsantriebsanlge nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ausfall des Hauptantriebsmotors (1) die Propellerwelle (4) vom Hüfsartriebsmotor (11) angetrieben ist, wobei die dritte Schaltkupplung (10) zwischen dem Hilfsantriebsmotor (11) und dem Überlagerungsgetriebe (8), die erste schaltbare Kupplung (16) auf der dem Hauptgetriebe (3) zugeordneten Eingangswelle (7) des Überlagerungsgetriebes (8) und die zweite Schaltkupplung (6) zwischen dem Hauptgetriebe (3) und dem Überlagerungsgetriebe (8) eingeschaltet und alle übrigen Schaltkupplungen (2) bzw. schaltbaren Kupplungen (18) ausgeschaltet sind.

Dipl.-Ing. P,

Patentanwalt

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